JP4704763B2 - A method of optically cutting a dome-shaped surface within a substance. - Google Patents
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Description
本発明は、広く言えば、予め選択されたパターンの実質組織を光切断する装置および方法に関するものである。とりわけ、本発明は、フェムト秒のレーザを使用して角膜組織の実質的にドーム形状の層を光切断することに係るものである。本発明は、とりわけ、LASIK処理の一部として角膜の屈折特性矯正に利用できるフラップを形成することに役立つが、それに限定されるものではない。 The present invention generally relates to an apparatus and method for optically cutting a preselected pattern of parenchyma. In particular, the present invention relates to optically cutting a substantially dome shaped layer of corneal tissue using a femtosecond laser. The invention is particularly useful for forming a flap that can be used to correct the refractive properties of the cornea as part of the LASIK process, but is not so limited.
通常のLASIK法(レーザによるその場角膜曲率形成術(Laser In−Situ Keratomeleusis)では、患者の角膜を、微小角膜切開刀を使用して切開し、フラップを形成する。次いで、フラップを持ち上げ、角膜実質組織の床を露出させた後、この床を、エキシマレーザを使用して除去する。機械的な器具、例えば微小角膜切開刀等を使用してフラップを形成することには、幾つかの欠点がある。例えば、該切開刀で適当なフラップを形成する場合、外科医の技術、及び眼と手との連携に左右される度合いが大きい。そのような手術のさい、フラップの切開が不適切、またはフラップが角膜から完全に切り離された場合には、合併症を発症する虞れがある。加えて、微小切開刀使用の場合には、しばしば、切開が不規則になる。その結果、フラップを持ち上げた場合、露出される組織の床が不規則な表面を含むことになり、このため、フラップが再び戻された場合に、しわが発生することがある。これらのしわは、望ましくない視力低下を引き起こすことがある。 In the usual LASIK method (Laser In-Situ Keratomeleusis), the patient's cornea is dissected using a microkeratome to form a flap. The flap is then lifted and the cornea After exposing the parenchyma floor, the floor is removed using an excimer laser, and there are some disadvantages to forming a flap using a mechanical instrument such as a microkeratome. For example, when an appropriate flap is formed with the incision blade, the degree to which the surgeon's skill and the cooperation between the eye and the hand are greatly affected. Or, if the flap is completely removed from the cornea, complications can occur, and in addition, incisions are often not possible when using a microincision knife. As a result, when the flap is lifted, the exposed tissue floor will contain an irregular surface, which may cause wrinkles if the flap is returned again. These wrinkles can cause undesirable vision loss.
別の欠点としては、微小切開刀による切開は、通常、実質的にドーム形状にはならないか又は角膜前面と平行にはならない。露出される組織の床が角膜前面と平行にならないため、レーザによる除去段階が、より複雑になり、しばしば制御が困難になり、その結果、除去が、角膜の自然の曲率に対して幾分不一様になる。このことが、とりわけ問題になるのは、眼の欠陥を矯正するために一様な厚さの組織を除去することが求められる場合である。例えば一様な体積の組織の除去が求められるのは、通常、成人の間に広く見られる近視の場合である。 Another disadvantage is that the microincision incision is usually not substantially dome-shaped or parallel to the anterior cornea. Because the exposed tissue floor is not parallel to the anterior cornea, the laser removal step is more complex and often difficult to control, so that removal is somewhat inconsistent with the natural curvature of the cornea. It becomes uniform. This is particularly problematic when it is desired to remove a uniform thickness of tissue to correct an eye defect. For example, the removal of a uniform volume of tissue is typically required for myopia, which is commonly seen among adults.
微小切開刀を使用する代案として、LASIK処理において、レーザがフラップの形成に使用される。例えば、フェムト秒範囲のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスを、患者の角膜内の予め決められた部位の焦点に向けて、焦点にある組織を正確且つ精密に光切断することができる。フェムト秒のレーザによる組織の光切断は、レーザ誘起光学的破壊(LIOB)と呼ばれる処理により得られる。とりわけ、LIOB処理では、極端に高い局所電界強度が発生することにより、光学的破壊がレーザの焦点に生じる。この電界が、価電子の原子との結合エネルギーを超える結果、微小プラズマ、気泡および衝撃波が発生する。 As an alternative to using a micro incision, a laser is used to form a flap in the LASIK process. For example, a series of laser pulses having a pulse duration in the femtosecond range can be directed to a focal point at a predetermined site in the patient's cornea to photocut the focused tissue accurately and precisely. Tissue photocutting with a femtosecond laser is obtained by a process called laser induced optical destruction (LIOB). In particular, in LIOB processing, optical breakdown occurs at the focal point of the laser due to the generation of extremely high local field strength. As a result of this electric field exceeding the binding energy of the valence electrons with atoms, a microplasma, bubbles and shock waves are generated.
パルスレーザビームを、患者の角膜内の予め定めた表面下の部位に集束させる処理の例が、ビル(Bille)他に交付された、「眼の再形成法」(Method for Reshaping the Eye)と題する米国特許第4907586号に開示されている。該特許には、角膜実質内組織の表面下光切断用パルスレーザビームの使用が比較的詳細に開示されている。従来のLASIK処理でのフラップ形成後に使用するエキシマレーザと異なり、パルスレーザビームは、ビルの開示通り、角膜組織を貫通し、角膜表面下の1点に集束し、焦点の角膜実質組織を光切断できる。 An example of a process for focusing a pulsed laser beam onto a predetermined subsurface site in the patient's cornea is the “Method for Restoring the Eye” issued to Bill et al. U.S. Pat. No. 4,907,586. The patent discloses the use of a pulsed laser beam for subsurface light cutting of tissue in the corneal stroma in relatively detail. Unlike the excimer laser used after flap formation in the conventional LASIK process, the pulsed laser beam penetrates the corneal tissue and converges to a point below the corneal surface, as disclosed by Bill, and optically cuts the focal corneal tissue. it can.
パルスレーザビームは、必ずしも物理的通路を設けることなしに表面下の部位に到達できるので、複雑な形状の角膜実質組織の体積部を切断できる一方、切断される全組織量を最小化できる。このような形状を形成するために、レーザビームは、(カッティングレンズを含む適当な光学素子を使用して)先ず光切断する目標体積部の1点に対応するターゲット部位の焦点に向けられる。少なくとも1つのパルスを焦点に放射して組織を除去した後に、焦点は、指定された体積部内の他の点へ移動される(すなわち、走査される)。この新たな部位で、少なくとも1つのパルスが発せられ、走査および除去の処理が、組織の全指定体積部が光切断されるまで続けられる。 Since the pulsed laser beam can reach a subsurface site without necessarily providing a physical passage, it can cut a volume of complex corneal tissue while minimizing the total amount of tissue cut. To form such a shape, the laser beam is first directed (using a suitable optical element including a cutting lens) to the focal point of the target site corresponding to one point of the target volume to be optically cut. After emitting at least one pulse to the focus to remove tissue, the focus is moved (ie, scanned) to another point in the designated volume. At this new site, at least one pulse is issued and the scanning and removal process continues until the entire specified volume of tissue is photocut.
以上の説明から明らかなことは、走査用のサブ装置の精度、敏捷度、速度が外科装置全体の性能に大きな影響を与えるということである。換言すれば、走査装置は、1つの指定部位から他の指定部位へ焦点を正確かつ極めて迅速に移動させる能力がなければならない。走査装置に対するこの要求は、走査が三次元すべてに(すなわち、1部位から次の部位への運動が、x,y,zの方向に同時に)要求される場合に、とりわけ重要となる。この要求を簡単化するために開発された1技術では、走査装置は(3方向よりむしろ)相互に直角の2方向にのみ走査する。この技術の場合、角膜が先ず圧平化され、z方向での走査運動を必要としない。その場合、先ず角膜前面が、実質的に扁平な圧平化レンズに適合させられる。次いで、圧平化レンズと平行な表面下の組織の平面的な体積部が除去される。場の曲率を持たない特殊なカッティングレンズを使用することで、平面的な体積部が2次元走査のみによって除去できる(すなわち、圧平化レンズ表面に対し直角の走査は不要である)。しかし、更に後で明らかにされるように、この技術は、幾つかの重大な望ましくない結果を生じることがある。 What is clear from the above description is that the accuracy, agility, and speed of the scanning sub-device greatly affect the performance of the entire surgical device. In other words, the scanning device must be capable of moving the focus accurately and very quickly from one designated site to another. This requirement for the scanning device is particularly important when scanning is required in all three dimensions (ie, movement from one site to the next is simultaneously in the x, y, z directions). In one technique developed to simplify this requirement, the scanning device scans only in two directions perpendicular to each other (rather than in three directions). With this technique, the cornea is first applanated and does not require a scanning motion in the z direction. In that case, the front of the cornea is first adapted to a substantially flat applanation lens. The planar volume of subsurface tissue parallel to the applanation lens is then removed. By using a special cutting lens with no field curvature, the planar volume can be removed only by two-dimensional scanning (ie, scanning at right angles to the applanation lens surface is not necessary). However, as will become apparent later, this technique can produce some serious undesirable consequences.
走査は簡単になるが、角膜を扁平にすることにより、望ましくない結果が生じることがある。例えば、角膜の扁平化は、患者にはひどく不快である。その上、眼球内圧が危険なほど高レベルに上昇することがある。最後に、おそらく同じように重要なことだが、角膜を著しく扁平化することにより、角膜の複数薄層の3次元構造にひずみが生じることがある。このひずみの結果、角膜が著しく扁平化された状態で切開した後、角膜を除圧した場合、予想できない形状変化が生じる。 Scanning is simple, but flattening the cornea may produce undesirable results. For example, corneal flattening is extremely uncomfortable for the patient. In addition, the intraocular pressure can rise to a dangerously high level. Finally, perhaps equally as important, significant flattening of the cornea can cause strain in the three-dimensional structure of multiple thin layers of the cornea. As a result of this distortion, if the cornea is decompressed after incision with the cornea remarkably flattened, an unpredictable shape change occurs.
走査を互いに直角の3方向で行う場合には、幾つかの要因が装置性能に影響し得る。それらの要因の中には、焦点が1つの除去点から次の除去点へ移動するのに要する走査距離が含まれる。この走査距離が増すにつれて、より長い走査運動が必要になる。本発明により認識されるように、走査精度は、通常、走査距離に対応する。したがって、走査距離を短縮することにより、走査精度は改善される。さらに、走査運動が長くなれば、しばしば走査装置の構成部材の摩耗を増大させる結果となる。この摩耗は、往々にして走査装置の寿命を短くする。最後に、短い走査運動は、長い走査運動より迅速に行うことができる。したがって、使用が望ましい除去走査パターンは、連続除去される複数部位間での走査運動を最小化することにより処理が迅速化されるようなパターンである。幾分簡単化して言えば、所定の走査応答時間の場合、走査運動を短縮すれば、レーザパルス反復速度を速めることができ、その結果、全体の処理時間を短縮できる。 When scanning is performed in three directions perpendicular to each other, several factors can affect device performance. Among these factors is the scan distance required for the focus to move from one removal point to the next. As this scan distance increases, a longer scanning motion is required. As recognized by the present invention, scanning accuracy typically corresponds to scanning distance. Therefore, the scanning accuracy is improved by shortening the scanning distance. Furthermore, longer scanning movements often result in increased wear on the components of the scanning device. This wear often shortens the life of the scanning device. Finally, a short scanning movement can be performed more quickly than a long scanning movement. Therefore, the removal scanning pattern that is desirable to use is a pattern that speeds up the process by minimizing the scanning motion between multiple sites that are successively removed. In some simplification, for a given scan response time, shortening the scan motion can increase the laser pulse repetition rate and, as a result, reduce the overall processing time.
前記に照らして、本発明の目的は、例えば、実質的にドーム形状の角膜実質組織層等の比較的複雑な形状を有する表面下の部位を光切断により除去する目的に適した装置及び方法を得ることにある。本発明の別の目的は、LASIK処理の一部として使用できるフラップ、とりわけ、角膜の自然の前面と実質的に平行な除去用の面を露出させるフラップを形成する方法を得ることにある。本発明の更に別の目的は、一連の比較的短い走査運動によって予め選択された組織体積部を光切断する方法を得ることにある。本発明の更に別の目的は、表面下の複数焦点で角膜実質組織を光切断する方法であって、容易に使用でき、比較的具体化が簡単で、比較的費用効果のよい方法を得ることにある。 In light of the foregoing, an object of the present invention is to provide an apparatus and method suitable for the purpose of removing, by light cutting, subsurface sites having a relatively complex shape, such as a substantially dome-shaped corneal parenchymal tissue layer There is to get. Another object of the present invention is to obtain a method of forming a flap that can be used as part of a LASIK process, in particular a flap that exposes a removal surface substantially parallel to the natural front surface of the cornea. Yet another object of the present invention is to provide a method for optically cutting a preselected tissue volume by a series of relatively short scanning motions. Yet another object of the present invention is a method for photocutting corneal parenchyma at multiple focal points below the surface, which is easy to use, relatively simple to implement, and relatively cost effective. It is in.
本発明は、予め選択された角膜組織体積部を光切断する装置及び方法を対象としている。本発明の1つの用途は、実質的にドーム形状の表面下の実質組織層を、集束レーザビームを使用して除去することである。この方法によって、角膜フラップを形成し、LASIK処理の一部として使用し、角膜の屈折特性を矯正できる。
本発明の一具体例によれば、開示される方法は、角膜内の複数部位の各々をx,y,zの座標によって特定することにより開始される。とりわけ、座標を特定することによって、各部位で光切断し、その結果、予め選択した体積部が光切断される。通常、座標は、先ず2次元の平面的な点のパターンを形成することで特定され、次いで平面的な点パターンを3次元の非平面的なパターンに変換する。例えば、ドーム形状の層を光切断するための座標を特定するために、(例えばx−y空間で)2次元の渦巻き線等の平面的な点パターンを先ず形成する。次に、z成分(z方向はx,y両方向に対し直角方向である)が平面的なパターン内の各点に付加されことにより、平面的なパターンが3次元座標の組に変換される。
The present invention is directed to an apparatus and method for optically cutting a preselected corneal tissue volume. One application of the present invention is to remove a substantially dome-shaped subsurface parenchyma layer using a focused laser beam. By this method, a corneal flap can be formed and used as part of the LASIK process to correct the refractive properties of the cornea.
According to one embodiment of the present invention, the disclosed method begins by identifying each of a plurality of sites in the cornea by x, y, z coordinates. In particular, by identifying the coordinates, light is cut at each site, and as a result, a preselected volume is light cut. Usually, coordinates are specified by first forming a two-dimensional planar point pattern, and then converting the planar point pattern into a three-dimensional non-planar pattern. For example, in order to specify coordinates for optically cutting a dome-shaped layer, a planar point pattern such as a two-dimensional spiral line is first formed (for example, in xy space). Next, the z component (z direction is perpendicular to both the x and y directions) is added to each point in the planar pattern, whereby the planar pattern is converted into a set of three-dimensional coordinates.
角膜内の光切断部位の座標が特定されると、次の段階は、集束レーザビームを発生させ、角膜内の或る部位から他の部位へレーザビームの焦点を走査する段階である。この目的のため、レーザ光源を有するレーザ装置、レーザ走査装置、および1つまたは2以上の光学素子が使用される。1つの構成によれば、レーザ装置は、順に、レーザ光源、3次元走査用のレーザ走査装置、望遠鏡として配置された複数レンズ、ミラー、およびカッティングレンズを含んでいる。幾つかの実施形態では、コンタクトレンズを使用してレーザ光源に対し角膜を安定させ、眼球前面を予め選択された曲率半径Rに合致させる。通常、この曲率半径Rは、実質的に角膜前面の自然の曲率半径に合致し、約7.5mm〜約11.0mmの範囲にある。ほとんどの場合、約8.8mmの曲率半径が利用される。レーザビームは、前記構成の協働により発生せしめられ、走査装置、光学素子、コンタクトレンズを介して、角膜内の予め特定された複数部位の1つに焦点が向けられる。 Once the coordinates of the light cutting site in the cornea have been identified, the next step is to generate a focused laser beam and scan the focal point of the laser beam from one site to the other in the cornea. For this purpose, a laser device with a laser light source, a laser scanning device, and one or more optical elements are used. According to one configuration, the laser device includes, in order, a laser light source, a laser scanning device for three-dimensional scanning, a plurality of lenses arranged as a telescope, a mirror, and a cutting lens. In some embodiments, a contact lens is used to stabilize the cornea with respect to the laser light source and to match the front of the eyeball to a preselected radius of curvature R. Typically, this radius of curvature R substantially matches the natural radius of curvature of the anterior cornea and is in the range of about 7.5 mm to about 11.0 mm. In most cases, a radius of curvature of about 8.8 mm is utilized. The laser beam is generated by the cooperation of the above-described configuration, and is focused on one of a plurality of predetermined sites in the cornea via the scanning device, the optical element, and the contact lens.
各部位で角膜組織を光切断するために、一連のレーザ走査装置位置が計算される。走査装置位置計算のための入力データは、光学素子(すなわち前記配置の望遠鏡、ミラー、カッティングレンズ)および、(使用されている場合には)コンタクトレンズの光学特性を含むことができる。とりわけ、この入力データは、光学素子とコンタクトレンズとを通る複数経路の光学特性を含むことができる。計算された一連のレーザ走査装置位置は、次いで、或る部位から他の部位へレーザビーム焦点を移動させるために使用され、予め選択した組織体積部が光切断される。 A series of laser scanner positions are calculated to photocut the corneal tissue at each site. The input data for the scanner position calculation can include the optical properties of the optical elements (ie, the telescope, mirror, cutting lens in the arrangement) and the contact lens (if used). Among other things, this input data can include multiple paths of optical properties through the optical element and the contact lens. The calculated series of laser scanner positions are then used to move the laser beam focus from one site to another, and a preselected tissue volume is photodissected.
本発明の別の観点では、眼の実質内で眼の前面から実質的に一定間隔の1つの面を光切断する方法が得られる。この方法の場合、回転軸線(例えば眼の光軸)を含む基準フレームが眼に設けられる。次に、レーザビームの焦点が、実質内の回転軸線から半径方向距離rの位置に位置決めされる。実質組織内のこの焦点へ少なくとも1レーザパルスが発せられ、そこの組織が光切断され、直径dを有する光切断気泡が発生する。この第1部位の光切断の後、焦点を、回転軸線を中心として角度θ、直径dに実質的に等しい円弧長さだけ回転させる。次いで、光切断段階を反復する。この光切断を連続するにつれて、焦点と回転軸線との距離が、1周回転(revolution)毎に直径dに等しい割合で漸減される(すなわちΔr/rev=d/rev)。さらに、z成分を制御することにより、眼の前面から一定距離にある面を光切断するようにされる。通常、角回転速度wおよび焦点の半径方向速度は、双方とも、焦点が回転軸線に近づくにつれて増大する。 In another aspect of the present invention, a method is provided for optically cutting one surface at a substantially constant distance from the front of the eye within the eye. In this method, a reference frame including a rotation axis (for example, an optical axis of the eye) is provided on the eye. Next, the focal point of the laser beam is positioned at a radial distance r from the axis of rotation within the substance. At least one laser pulse is emitted to this focal point in the parenchyma where the tissue is photocut and a photo-cut bubble having a diameter d is generated. After the light cutting of the first part, the focal point is rotated about the rotation axis by an arc length substantially equal to the angle θ and the diameter d. The photocleavage step is then repeated. As this light cutting is continued, the distance between the focal point and the rotation axis is gradually reduced at a rate equal to the diameter d for each revolution (that is, Δr / rev = d / rev). Furthermore, by controlling the z component, the surface at a certain distance from the front surface of the eye is optically cut. Normally, both the angular rotation speed w and the radial speed of the focus increase as the focus approaches the axis of rotation.
本発明の新規性ある特徴及び本発明自体は、その構成と操作両面から、添付図面に付き説明することで、最もよく理解されるだろう。図面において、類似部品には類似の符号が付されている。
図1には、表面下の実質内を(レーザ誘起光学破壊効果により)光切断する眼用レーザ装置が示され、全体が符号10で示されている。図1に示したように、装置10はレーザ光源12を含み、該光源は、パルスレーザビームを発生させ、第1ビーム経路14に沿ってレーザビームを方向付ける。レーザ光源の通常の実施例には、1fs〜約100psのパルス持続時間、近赤外の動作波長、1〜100kHzの繰り返し速度を有するあらゆる固体fsレーザが含まれる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The novel features of the present invention and the present invention itself may be best understood by referring to the accompanying drawings in terms of both construction and operation. In the drawings, similar parts are denoted by similar reference numerals.
FIG. 1 shows an ophthalmic laser device for optically cutting (substantially by a laser-induced optical destructive effect) the subsurface, and is indicated by the
更に図1について見ると、レーザ光源12から発生するレーザビームが、ビーム光路14に沿って方向付けられ、45°ミラー16を用いて反射されることが分かる。ミラー16から、レーザビームは、ガリレイ式望遠鏡18として構成された複数レンズへ向けられる。望遠鏡18内でレーザビームは2倍拡大され(3倍拡大される構成もある)、マスターシャッタ20へ進められる。マスターシャッタ20は、安全用の構成部材として機能する。マスターシャッタ20を通過後、レーザビームは、走査ユニット22へ入射する。
走査ユニット22は、通常、固定された平凸レンズを含み、該レンズが、レーザビーム光路に沿って可動の平凹レンズから間隔をおいて配置され、レーザビーム焦点のz方向位置(z軸は図2に示されている)を制御する。平凹レンズは、ボイスコイル(図示せず)を使用して移動させることができる。さらに、走査ユニット22は、検流計ミラーを有するx−y走査装置を含んでいる。
Still referring to FIG. 1, it can be seen that the laser beam generated from the
The
適当な走査ユニット及びその操作についての、より完全な説明は、「角膜レーザ外科用ビーム操向装置(Beam Steering System for Corneal Laser Surgery)」と称する、出願人所有の同時に継続している米国特許出願第10/821402号から得られ、該特許は、ここに引用することで、その全体が本明細書に取り入れられるものである。
装置10の場合、制御信号は、ユニットプロセッサ(図示せず)へ送られ、そこで、例えば実時間(リアルタイム)操作装置によって処理され、適当なハードウェア装置によって評価される。レーザの出力又は位置調節に、処理時又は較正時にエラーが生じれば、マスターシャッタ20が起動し、レーザビームを遮断し、放射線による患者の眼への傷害が防止される。
更に図1からは、レーザビームが、走査ユニット22を出た後、カッティングレンズ24へ入射することが分かる。詳しく言えば、図示のように、レーザビームは、先ず望遠鏡として構成された複数レンズ26を通過した後、45°二色性ミラー28によって反射される。二色性ミラー28によって、顕微鏡(図示せず)により該ミラー28およびカッティングレンズ24を介して患者の眼30の観察が可能になる。
A more complete description of a suitable scanning unit and its operation is a commonly owned US patent application entitled “Beam Steering System for Corneal Laser Surgical”. No. 10/821402, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
In the case of
Further, it can be seen from FIG. 1 that the laser beam enters the cutting
図1および図2を相互参照すると、装置10がコンタクトレンズ34を含んでいることが分かる。該コンタクトレンズは、通常、透明なPMMAでできており、カッティングレンズ24に対し角膜を安定化させるために、後面36および前面38を有するように形成されている。図2から最もよく分かるように、コンタクトレンズ34の後面36は、実質的に一定の予め選択された曲率半径Rを有するように形成されている。更に、図に示すとおり、コンタクトレンズ34は、角膜32に接触配置されて、角膜32の前面をコンタクトレンズ34の後面36と同形にしている。通常、曲率半径Rは、約7.5mm〜約11.0mmである。たいていの場合、約8.8mmの曲率半径が使用される(この曲率は角膜外表面の自然の曲率に近い)。コンタクトレンズ34により、角膜32の著しい扁平化が防止される。
1 and 2, it can be seen that the
患者の眼30の固定および整合は、コンタクトレンズ34および円錐形スペーサ(図示せず)によって行われる。この目的のために、コンタクトレンズ34は、該レンズ34に付加されている吸引用円錐体(図示せず)を使用して、眼30に対し当てがわれ、保持される。眼の上に定心されると、吸引用円錐体は、真空に引かれることにより固定される。次いで、円錐形スペーサが、カッティングレンズ24のレーザビーム出口と円錐形スペーサとの間に配置される。電動式の患者用椅子を使用して、眼30および吸引用円錐体を、円錐形スペーサの方へ移動させる。吸引用円錐体と円錐形スペーサとの間の接続は、適正なx−y整合が維持されるように、自己定心的である。更に、この構成により、患者の眼30とカッティングレンズ24との正しいz距離が得られる。円錐形スペーサと吸引用円錐体との接触時に眼にかかる圧力を測定するには、圧力センサ(図示せず)が使用される。固定および整合装置及びその操作についての、より完全な説明は、出願人所有の同時継続している「レーザ外科処置の場合に患者を位置決めする装置と方法」(System and Method for Positioning a Patient for Laser Surgery)と題する米国特許出願第10/790625号から得られ、該出願は、ここに引用することにより、その全体が本明細書に取り入れられるものである。
Fixation and alignment of the patient's
図2に示した角膜32は、LASIK処理用のフラップ42を形成するために、部分的に分離(すなわち切開)されている。図に示すとおり、フラップ42を形成するための切開は、実質的にドーム形状のフラップ床切断部44と、部分的に床切断部44を取り囲む縁切断部46とを含み、フラップ42を持ち上げて、再びもとの位置へ戻すため、「ヒンジ(蝶番部」が残されている。縁切断部46は、角膜32の前面に対する縁角度48で切開され、該縁角度は、通常、図示のように、90度を僅かに下回る。フラップ床切断部44は、通常、角膜32の実質部分内になされ、フラップ厚さ50を規定する。LASIK処理用の典型的なフラップ42の場合、フラップ厚さ50は、概して約140〜200μm、フラップ床直径は約5.5〜10.0mmである。前記のように、幾つかの使用事例では、フラップ床切断部44が角膜32の前面40と平行に形成されることが好ましく、したがって、図示の構成では、フラップ床切断部44がコンタクトレンズ34の後面の輪郭に従うことが好ましい。
The
装置10の一実施例では、フラップ床切断部44は、角膜32内の複数焦点部位を先ず特定することにより形成される。とりわけ、焦点部位の特定により、予め定められた体積が、各焦点部位の光切断により切除されるようにする。図3は、複数焦点部位の光切断の結果生じる気泡52のパターンを示したものである。図3に示された気泡52が結合して、ドーム形状の切開部(すなわち図2に示したフラップ床切断部44)が形成される。通常、この焦点部位の組は、2次元の平面的なスポットパターンを形成することで特定される。図3の気泡52のパターンの場合、初期平面スポットパターンが渦巻き状に構成される。一実施例では、焦点スポットの渦巻き線パターンは、Iパラメータ表示と組み合わされたアルキメデスの渦巻き線から推定できる。詳言すれば、アルキメデス渦巻き線は、一定の角速度や一定の半径方向速度で移動する1点から推定できる。結果として、渦巻き線のアームは一定の距離を有することになる。通常、半径方向にも渦巻き線の経路においてもスポットは等間隔であることが望ましい。このことは、角速度および半径方向速度が一定でないことを意味している。つまり、両速度とも、渦巻き線の中心部では周縁部において、より高速でなければならない(すなわちIパラメータ表示)。
In one embodiment of the
次に、平面的なスポットパターンが、3次元の非平面的なスポットパターンに変換される。図3を図4と比較して分かるのは、z成分が平面的なパターンの各スポットに加えられることにより、平面的なパターンが3次元の座標の組に変換されることである。この座標の組により、個別に光切断される部位が定められ、ドーム形状の体積が光切断される。
この座標の組が特定されると、図1に示した装置10を使用して、集束レーザビームを発生させ、角膜32内の1つの部位から他の部位へビームの焦点を走査する。この目的のために、1連のレーザ走査装置位置が計算され、角膜内の経路に沿って焦点を移動させ、特定された座標の1つに対応する各部位で逐次に角膜組織を光切断する。装置10の場合、一連の各レーザ走査装置の位置には、検流計ミラー各々の傾斜角、および固定された平凸レンズと可動平凹レンズとの間の距離が含まれる。
Next, the planar spot pattern is converted into a three-dimensional non-planar spot pattern. It can be seen by comparing FIG. 3 with FIG. 4 that the z-component is added to each spot of the planar pattern, thereby transforming the planar pattern into a set of three-dimensional coordinates. The set of coordinates defines the part to be light-cut individually, and the dome-shaped volume is light-cut.
Once this set of coordinates is identified, the
各レーザ走査装置位置の計算においては、入力データとして、走査ユニット22と角膜32との間に配置された1つまたは2以上の光学素子の光学特性が含まれる。図1に示した装置10の場合、これらの光学素子には、レンズ26、ミラー28、カッティングレンズ24、コンタクトレンズ34が含まれる。例えばコンタクトレンズ34と角膜32との間の界面での屈折や、その他のすべての走査ユニット22とコンタクトレンズ34との間の界面での屈折が、入力値として計算に使用できる。
さらに、計算の入力データには、走査ユニット22と角膜32との間に配置された光学素子を通る複数経路の光学特性を含めることができる。計算されると、一連のレーザ走査装置位置を利用して、レーザビームの焦点を角膜32内の部位から部位へ移動させて、予め選択された組織体積を光切断する。
In the calculation of each laser scanning device position, the input data includes the optical characteristics of one or more optical elements disposed between the scanning
Furthermore, the calculated input data may include optical characteristics of a plurality of paths passing through an optical element disposed between the scanning
装置10の一実施例では、ドーム形状の体積の光切断は、特有の方法で行われる。とりわけ、この実施例では、図2に示すように、回転軸線54を有する基準フレームが、角膜32に対して設定される。例えば、回転軸線54は眼30の眼軸と合致することができ、眼30の視軸は任意に選択できる。次に、レーザビームの焦点が、実質内の、回転軸線54から半径方向距離rの位置に位置決めされる。更に、図3を参照すれば、少なくとも1レーザパルスを焦点の実質組織へ放射し、組織を光切断し、直径dの光切断気泡52aを発生させる。この第1部位での光切断後、焦点は回転軸線54を中心として、矢印方向56に角度θだけ回転される。この回転により、焦点が、実質的に直径dに等しい円弧長さ58だけ移動する。次いで、光切断段階が反復される(例えば光切断気泡52b)。この回転の間、焦点と回転軸線54との間の距離は、一周回転毎に距離d(d/rev)に実質的に等しい割合で減少される。
In one embodiment of the
したがって、図3に示すように、各完全回転後に、半径rが距離dだけ減少する。このことは、どの気泡の場合も同じである。例えば気泡52cは、半径方向に気泡52dから約dの距離60だけ離れている。また、回転中、焦点が角膜32の前面40のほうへ移動することにより(図2参照)、ドーム形状の輪郭が形成される。角膜32の前面40への焦点移動は、1周回転ごとに1回、各焦点移動と共に、又は他の何らかの予め選択した割合で行われる。矢印56で示されるように、焦点は、ドーム形状の面の周縁からドーム形状の面の中心へ移動する。この結果、角膜32の前面40から実質的に一定距離の光切断面が形成される。
Thus, as shown in FIG. 3, after each full rotation, radius r decreases by distance d. This is the same for any bubble. For example, the
ここに図示し、かつ詳細に開示した角膜実質内でドーム形状の面を光切断する特定の装置と方法は、本発明の目的を完全に達成でき、かつ前記の利点を得ることができるが、それらは、単に本発明の現時点で好適な実施例に過ぎず、ここに示された構成または設計の細部に対しては、特許請求の範囲の記載以外に制限を課すものはない。 Although the particular apparatus and method for optically cutting a dome-shaped surface within the corneal stroma shown and disclosed in detail herein can fully achieve the objectives of the present invention and obtain the aforementioned advantages, They are merely the presently preferred embodiments of the invention and no limitation is imposed on the details of construction or design shown herein other than as described in the claims.
Claims (3)
前記角膜実質内で、レーザビームの焦点を前記回転軸線からの半径方向距離に位置決めするための光学素子と、
直径dを有する気泡を発生させるために、前記焦点において組織を光切断するレーザ光源と、
前記直径dに実質的に等しい円弧長さにわたり前記回転軸線を中心として焦点を回転の速度を増加させながら回転させ、1周回転毎に距離dだけ、前記回転速度の増加に応じて実質的に等しい割合で前記回転軸線から焦点までの距離を減少させる走査装置とを含む光切断装置。 An apparatus for optical cutting the surface of substantially constant distance from the front of the corneal stroma of the eye, the device is adapted to set a reference frame having a rotation axis to the corneal stroma, the apparatus comprising:
An optical element for positioning a focal point of a laser beam within the cornea in a radial distance from the rotation axis;
A laser light source for optically cutting tissue at the focal point to generate bubbles having a diameter d;
The focal point is rotated about the rotation axis while increasing the rotation speed over an arc length substantially equal to the diameter d, and is substantially increased according to the increase in the rotation speed by a distance d per one rotation. And a scanning device that reduces the distance from the axis of rotation to the focal point at an equal rate.
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